化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)論文20958

1、現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水處理阻垢劑的發(fā)展及展望專業(yè)；化學(xué)工程與工藝水處理阻垢劑的發(fā)展及展望摘 要本選題主要簡要介紹阻垢劑發(fā)展歷程。重點(diǎn)介紹阻垢劑的種類：聚磷酸鹽、天然分散劑、有機(jī)膦酸、聚羧酸類、磺酸類共聚物、聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀乙酸、以及臭氧的阻垢性能。并介紹各種主要阻垢劑的合成方法。對阻垢劑的阻垢劑機(jī)理進(jìn)行闡述，介紹影響阻垢效果的因素。最后，對阻垢劑的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：循環(huán)水； 阻垢劑； 阻垢分散效果 目 錄第一章 概 述 -4 1.1水處理阻垢劑產(chǎn)生背景-41.2水處理阻垢劑的簡介-41.3水處理阻垢劑在循環(huán)水系統(tǒng)中的作用-5第二章 水處理阻垢劑的發(fā)展現(xiàn)狀及合成方法-62.1

2、阻垢劑的發(fā)展歷程-62.2主要阻垢劑的合成方法-82.2.1聚磷酸鹽-82.2.2天然分散劑-82.2.3有機(jī)膦酸-92.2.4 聚羧酸類-102.2.5 磺酸類共聚物-102.2.6聚天冬氨酸-112.2.7聚環(huán)氧琥珀乙酸-122.2.8臭氧的阻垢性能初探-12第三章 阻垢劑的作用機(jī)理-153.1 碳酸鈣的成垢機(jī)理- 153.1.1碳酸鈣的成垢過程- 153.1.2阻垢效應(yīng)-153.2 阻垢機(jī)理-16 3.2.1 螯合增溶作用-16 3.2.2 晶格畸變作用-16 3.2.3凝聚與分散作用-16 3.2.4 再生自解膜假說-17第四章 影響阻垢劑的主要因素-184.1 阻垢劑濃度對阻垢效果的

3、影響-184.2 濁度對阻垢劑阻垢效果的影響-204.3 鐵離子對阻垢劑阻垢效果的影響-204.4 鈣硬度和堿度對阻垢劑阻垢效果的影響- 214.5殺菌劑對阻垢劑阻垢效果的影響-22第五章 水處理阻垢劑今后的發(fā)展方向-24結(jié)論 -25參考文獻(xiàn) -26第一章 概 述1.1水處理劑產(chǎn)生的背景在冶金、化工、石油、電力等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，往往會產(chǎn)生大量的廢熱，帶走廢熱的主要方法是采用水冷卻。冷卻水系統(tǒng)包括直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，直流冷卻水系統(tǒng)由于直接排放會造成水資源的大量浪費(fèi)和環(huán)境污染，目前基本被淘汰。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。敞開式冷卻水系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)

4、行費(fèi)用低和易維護(hù)等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。1.1.1 循環(huán)冷卻水及其特點(diǎn)在敞開式冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水通過換熱后升溫，然后通過冷卻塔降溫，部分水通過冷卻塔蒸發(fā)損失掉，大部分返回冷卻水系統(tǒng)重復(fù)使用。被蒸發(fā)掉的水可以通過補(bǔ)充冷卻水達(dá)到平衡，但會造成水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增加。同時(shí)，由于冷卻塔和冷水池在室外受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進(jìn)入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生嚴(yán)重的沉積物附著、設(shè)備腐蝕、和微生物的大量滋生，它們會威脅破壞工廠長周期安全生產(chǎn)，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須對循環(huán)水進(jìn)行處理。其中循環(huán)冷卻水結(jié)垢不僅影響換熱效率，而且會引起垢下腐蝕。1.1.2 水處理

5、劑簡介目前，水處理化學(xué)品水處理產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛、用量最大的專用產(chǎn)品。水處理化學(xué)品也稱水處理劑，主要指用于水處理過程的各種藥劑。按其功能分為阻垢分散劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑、清洗劑、預(yù)膜劑、水處理化學(xué)品是搞好水處理的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是重要的技術(shù)保證。水處理劑的研發(fā)和生產(chǎn)一直是人們所關(guān)注的熱點(diǎn)。1.1.3 水處理阻垢劑的作用添加阻垢劑是防止循環(huán)水結(jié)垢的最重要方法之一，阻垢劑是一種防止水垢和污垢產(chǎn)生或抑制其沉積物生長的化學(xué)藥劑。阻垢劑具有用量少，阻垢效果好，同時(shí)還具有抑制腐蝕的作用，因此它被廣泛用于水處理中。尤其是聚合物阻垢劑的開發(fā)和投產(chǎn)，為高濃縮倍數(shù)的堿性冷卻水在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)施提供了條件。第二

6、章 水處理及發(fā)展現(xiàn)狀及主要阻垢劑的合成方法2.1阻垢劑的發(fā)展歷程阻垢劑的開發(fā)與研究經(jīng)歷了無機(jī)鹽、聚合電解質(zhì)、天然高分子、有機(jī)膦酸、聚羧酸共聚物等階段，由單一化技術(shù)階段逐步過渡到多元化復(fù)合型技術(shù)發(fā)展。阻垢劑分為天然阻垢劑、合成聚合物阻垢劑、和環(huán)境友好型阻垢劑等。聚磷酸鹽是使用的比較早的阻垢劑，在20世紀(jì)40年代，聚磷酸鹽開始使用于水處理領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)主要是為了緩蝕，其次才是阻垢。常用的聚磷酸鹽主要用三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。其功能團(tuán)為磷酸基，有較好的阻垢緩蝕效果。但其含磷高、易水解、用量大，排入水體后易造成富營養(yǎng)化【1】。20世紀(jì)中期，人們采用來源廣、價(jià)廉、易得的天然聚合物如木質(zhì)素、單寧、腐殖酸鈉、殼

7、聚糖、淀粉和纖維素等作為水處理阻垢劑，它們有一定的阻垢作用，但性質(zhì)不穩(wěn)定，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足阻垢要求【2】。60年代，以均聚物為代表的阻垢劑紛紛出現(xiàn)。水處理朝著多樣性發(fā)展，以丙烯酸為主的均聚物作為阻垢劑和分散劑，其阻垢性能與其相對分子量、羧基數(shù)目和間隔有關(guān)，每個(gè)品種有其最佳的分子量。聚羧酸鹽還包括以馬來酸酐為主的均聚物，它們形成了水處理領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)【3】。有機(jī)膦酸鹽是在60年代后期才開始開發(fā)的，但在70年代就得到了廣泛的運(yùn)用。1967年有開發(fā)了有機(jī)膦酸鹽、聚合物和天然有機(jī)物復(fù)合的循環(huán)冷卻水處理方案【4】。這是較早提出的冷卻水在堿性條件下抑制腐蝕和結(jié)垢的方法，其意義深遠(yuǎn)。有機(jī)膦酸鹽在水處理領(lǐng)域中占有

8、十分重要的位置。其中hedpa和dtpmp是用量最多的有機(jī)膦酸鹽【5】。70年代低分子量聚丙烯酸、水解馬來酸酐和各種共聚物被用于磷系配方中，使水處理技術(shù)上升到一個(gè)新水平。1977年，第一個(gè)可穩(wěn)定磷酸鈣的合成聚合物獲得專利。隨后短短幾年內(nèi)，一些用于硫酸鈣、磷酸鈣和用于鐵氧化合物以及作為其它特殊用途的二元、三元共聚物紛紛出現(xiàn)并投入使用。這使得原有的聚磷酸鹽得到改進(jìn)，在很大程度上克服了易水解產(chǎn)生的磷酸鈣垢的弊病，從而可用于比較苛刻的水質(zhì)條件。膦羧酸的開發(fā)也取得了的進(jìn)展，出現(xiàn)了多功能高效阻垢劑2-膦?；?丁烷-1，2，4-三羧酸（dbtca）。在此期間，關(guān)于阻垢劑作用機(jī)理的研究也逐步開展起來，水質(zhì)穩(wěn)定

9、技術(shù)和藥劑制備也被認(rèn)定為一門新興綜合類應(yīng)用學(xué)科【6】。80年代，具有高效阻垢性能的聚羧酸類阻垢劑繼續(xù)受到關(guān)注，研究者把一些官能團(tuán)引入到聚羧酸鹽中，如將磺酸基引入，對磷酸鈣垢有很好的抑制能力，且能有效的分散氧化鐵，穩(wěn)定鋅離子和有機(jī)膦酸，藥效持久，不易于金屬生成沉淀等優(yōu)點(diǎn)【7】。90年代具有特種結(jié)構(gòu)和特種性能的阻垢劑開始出現(xiàn)，如由colgon【8】開發(fā)的二乙烯三胺五甲叉膦酸（papemp）是一種新型的阻垢分散劑，與傳統(tǒng)的阻垢分散劑相比，對鈣的容忍度有大幅度提高，適合超高硬度堿度水質(zhì)處理。分子中含聚醚基一類的阻垢分散劑，不但對聚磷酸鹽（鈣、鍶、鋇）、氫氧化物有很好的分散效果。而且有很好的粘泥剝離效果

10、，顯示出良好的應(yīng)用前景。進(jìn)入21世紀(jì)，綠色阻垢劑的制備和阻垢機(jī)理成為熱點(diǎn)。隨著人類環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，對阻垢劑的環(huán)保要求也逐步提高。目前，含磷、難降解的阻垢劑實(shí)用已受到限制，西歐、美國和日本等國【9】已把這類阻垢劑列入限制排放之列。綠色阻垢劑概念的提出并成為21世紀(jì)阻垢劑的發(fā)展方向。低磷或無磷、環(huán)境友好型綠色阻垢劑的研制和開發(fā)已成為水處理行業(yè)新的熱點(diǎn)。近年來國內(nèi)外出現(xiàn)新型綠色阻垢劑，主要有聚環(huán)氧琥珀酸和聚天冬氨酸。因其具有優(yōu)良的生物可降解性和較高的阻垢性能，被認(rèn)為是一類真正的綠色阻垢劑。目前，國內(nèi)外圍繞這兩類阻垢劑展開廣泛和深入的研究。不同生產(chǎn)條件產(chǎn)生的阻垢效果相差很大【10】。雖然綠色阻垢劑工

11、業(yè)化運(yùn)用仍有不少問題有待解決，但其廣闊的應(yīng)用前景仍然是研究熱點(diǎn)和發(fā)展的趨勢之一。以膦酸和聚羧酸一類為主的阻垢劑將在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍然是阻垢劑家族的主力軍。2.2 主要阻垢劑的合成方法2.2.1 聚磷酸鹽在冷卻水處理中，常用的聚磷酸鹽有三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。微量的聚磷酸鹽加入水中，破壞了碳酸鈣等晶體的正常生長過程，從而阻止了碳酸鈣水垢的形成。但由于聚磷酸鹽在水中會發(fā)生水解生成正磷酸鹽，容易和水中的鈣離子生成磷酸鈣水垢。同時(shí)正磷酸鹽又是菌藻類的營養(yǎng)物，通常po43-濃度達(dá)0.02mg/l對菌藻即有營養(yǎng)作用。因此，單純用聚磷酸鹽阻垢劑已被淘汰【11】。2.2.2 天然分散劑20世紀(jì)60年代初，

12、尚未發(fā)展聚合物沉積控制劑時(shí)，曾采用丹寧、木質(zhì)素、磺化木質(zhì)素、磺化丹寧酸、淀粉、改進(jìn)淀粉和甲基纖維素等天然有機(jī)物作為分散劑，控制水垢的生成。但因其在水處理應(yīng)用中一般用量較多（50-200mg/l），費(fèi)用高且高溫高壓穩(wěn)定性差，目前只有少量循環(huán)水系統(tǒng)仍在使用，以及應(yīng)用于復(fù)合配方中。但因天然聚合物無毒或毒性低，近年來進(jìn)行改進(jìn)性和其它聚合物復(fù)配的研究。2001年楊丹丹、陳中興對丹寧【12】進(jìn)行了胺甲基化、季銨鹽化和磺化三種改性，并用多種試驗(yàn)進(jìn)行了性能評價(jià)與研究。結(jié)果表明，改性后的丹寧在很大程度上提高了其緩蝕阻垢、殺菌等性能，使其具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景。丹寧實(shí)際上是一個(gè)籠統(tǒng)的名稱，它是指一類含有許多酚羥基

13、而聚合度不同的物質(zhì)，并包括一些單體的混合物，其相對分子量一般在2000以上。能與ca2+、mg2+等離子形成較大的螯合物，對caco3、caso4都有較好的穩(wěn)定作用。丹寧既是分散劑、又是螯合劑，也是一種緩蝕劑。丹寧一般指天然丹寧，是從植物的的皮部、木質(zhì)部、葉、跟部或果實(shí)中提取的。淀粉和纖維素都是碳水化合物中的多聚糖類，分子是都是(c6h10o5)n,由于分子中含有大量的oh，對ca2+、mg2+等有抑制作用，木質(zhì)素是一種芳香性化合物，能與金屬離子形成螯合物，從而抑制結(jié)垢。2.2.3 有機(jī)膦酸有機(jī)膦酸的種類很多，但它們的分子結(jié)構(gòu)中都含有與碳原子直接相連的膦酸基團(tuán)，并且分子中還可能含有ohch2c

14、ooh等基團(tuán)。因此按分子中韓膦酸基團(tuán)的數(shù)目，有機(jī)膦酸可分為二膦酸、三膦酸、四膦酸、五膦酸等；如按分子結(jié)構(gòu)類型，有機(jī)膦酸又可分為亞甲基膦酸型同碳二膦酸型、羧酸膦酸型和含其它原子膦酸型。在循環(huán)水要劑中常用的主要有atmp、edtmp、hedp、dtpmp等。atmp化學(xué)名為氨基三亞甲基膦酸，是由氯化銨、甲醛、和三氯化磷為原料一步合成的。atmp具有穩(wěn)定的cp鍵是有機(jī)膦酸中最常用的藥劑之一，對抑制碳酸鈣特別適用。edtmp化學(xué)名稱為乙二胺四亞甲基膦酸，是由乙二胺、甲醛和三氯化磷一步合成的。它能與ca2+、mg2+、zn2+、al3+、fe3+等形成穩(wěn)定的的絡(luò)合物，所形成的絡(luò)合物常是多元環(huán)形。edtm

15、p對抑制碳酸鈣垢、水合氧化鐵和硫酸鈣垢等都有效，對穩(wěn)定硫酸鈣的過飽和溶液最為有效。hedp是同碳二膦酸型中的一種有機(jī)膦酸。它的分子中不含n，是用醋酸和三氯化磷一步合成的。由于分子中只含cp鍵而無cn鍵，因此其抗氧化性比上述兩種有機(jī)膦酸好。hedp也能與金屬離子形成六元環(huán)螯合物，并且有臨界值效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)，因此它對抑制碳酸鈣垢、水合氧化鐵等的析出有很好的效果，但對抑制硫酸鈣垢效果較差。純的hedp是無毒的，國外還用它作為酒的穩(wěn)定劑。dtpmp其化學(xué)名為為二亞乙基三胺五亞甲基膦酸。它也可和多個(gè)金屬離子螯合，形成兩個(gè)或多個(gè)立體大分子環(huán)狀絡(luò)合物，松散地分散于水中，破壞了碳酸鈣垢晶體的生長，從而起到了阻

16、垢作用。2.2.4 聚羧酸類聚丙烯酸阻垢劑是開發(fā)較早的一類阻垢劑，主要包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸以及它們的鹽類。此類阻垢劑毒性較小，價(jià)格便宜，具有溶限效應(yīng)，相對分子質(zhì)量在3000-5000之間，阻垢效果好，用藥量低，一般在4mg/l左右就能達(dá)較高的阻垢率。幾乎沒有排放污染問題。但由于容易生成聚丙烯酸鈣，在ca2+濃度較高時(shí)單獨(dú)使用效果較差。丙烯酸共聚物以丙烯酸主要單體，cooh為主要基團(tuán)的一類阻垢劑，此類阻垢劑對鈣鎂離子具有較強(qiáng)的鰲合能力，不僅有分散和凝聚作用，還能夠在無機(jī)晶體成長過程中干擾晶格的正常排列。從而達(dá)到阻垢、防垢的作用。其特點(diǎn)是，不同的原料配比和相對分子量將主要影響到其在在同一水質(zhì)

17、中的阻垢分散性能。2.2.5磺酸類共聚物磺酸類共聚物常用的磺酸單體主要有2-羥基-3-丙烯磺酸(簡稱haps）、苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸鈉和和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(簡稱amps）。其中由于amps價(jià)格適中，對水解、溫度、二價(jià)陽離子作用穩(wěn)定，目前被作為使用最多的磺酸單體而得到應(yīng)用。以其作為共聚單體合成的共聚物格外引人矚目。由于磺酸類共聚物可以防止均聚物與水中離子反應(yīng)生成難溶性聚合物鈣凝膠。特別能抑制磷酸鈣垢，能有效地分散顆粒物、穩(wěn)定金屬離子和有機(jī)膦酸，尤其是對鐵垢有很好的阻垢分散作用。另外，磺酸基團(tuán)對鹽類不敏感，抗溫抗鹽的能力較好，尤其抗高價(jià)金屬離子能力較強(qiáng)。因磺酸基屬親水性基團(tuán)，其酸性較

18、羧酸強(qiáng)，將其引入共聚物，可有效地防止由于弱親水性有機(jī)物與水中離子反應(yīng)生成難溶性共聚物鈣凝膠。特別是對ca3(po4)2有較好的抑制作用，有效地分散顆粒物，穩(wěn)定金屬離子。2.2.6聚天冬氨酸（簡稱pasp）聚天冬氨酸是一種從原料、制備過程、到產(chǎn)品都對人體和環(huán)境無害的易生物降解的水處理阻垢劑。使用后的pasp可高效地被微生物、真菌降解為對人體和環(huán)境都無害的終產(chǎn)物。試驗(yàn)證明聚天冬氨酸有良好的阻垢緩蝕性能。能抑制caco3、caso4和baso4垢的形成?？赡透邷兀瑹岱€(wěn)定性好，可應(yīng)用于高溫、高鈣水系統(tǒng)及反滲透膜處理系統(tǒng)中【13-15】。pasp是聚氨基酸中的一類，它主要包括聚天冬氨酸及其鈉鹽和酯。其制

19、備方法大致有兩種：一種是nca法，此法先將天冬氨酸與苯甲醇反應(yīng)形成酯，保護(hù)一個(gè)羧基，再與光氣反應(yīng)制得n羧酸酐（nca），引發(fā)nca自聚，去掉保護(hù)就得到pasp。另一種是由天冬氨酸與馬來酸銨鹽或由馬來酸酐與氨在一定條件下反應(yīng)形成中間體聚丁二酰亞胺（psi），在堿性條件下水解生成pasp。此法制得的聚合物分子質(zhì)量較低。韶輝【16】等研究了聚天冬氨酸及其復(fù)配物阻caso4垢的性能，實(shí)驗(yàn)表明聚天冬氨酸在投加質(zhì)量濃度為4mg/l時(shí)，阻垢率達(dá)到90%，優(yōu)于聚馬來酸和聚丙烯酸。安剛等通過對聚天冬氨酸的阻垢機(jī)理研究表明，由于聚天冬氨酸的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有酰胺鍵和羧基鍵，所以集中性型與陰離子型阻垢劑于一身，可通

20、過凝聚分散、晶格畸變和絡(luò)合增溶三種方式發(fā)揮阻垢作用。2.2.7聚環(huán)氧琥珀酸聚環(huán)氧琥珀酸阻垢劑（簡稱pesa）是一種無磷、無氮具有生物降解性的阻垢劑。美國在20世紀(jì)初就開發(fā)了這種阻垢劑，日本和其它國家也相對這種阻垢劑及其衍生物進(jìn)行了研究。在我國，熊蓉春【17】等人對pesa的合成及阻垢性能進(jìn)行了研究。他們以馬來酸酐為原料，水解生成馬來酸酐鹽，再過氧化劑和釩系催化劑催化下進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧琥珀酸然后再在稀土催化劑作用下使之生成pesa。pesa具有用量小、阻垢性能優(yōu)異以及適用范圍廣等特點(diǎn)。在高堿、高固溶物水中，其阻垢率很高，明顯優(yōu)于atmp和 hdep等阻垢劑。王鳳云【18】等以ca(oh)

21、2為引發(fā)劑聚合得到聚環(huán)氧琥珀酸鈉，并對反應(yīng)中影響聚環(huán)氧琥珀酸鈉阻垢的因素如引發(fā)劑的用量、加入次數(shù)及反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了考察，得到了最佳反應(yīng)條件。聚環(huán)氧琥珀酸阻垢劑最佳分子相對質(zhì)量為400-800，在80、加熱時(shí)間六小時(shí)、ph為9.0、ca2+為1000mg/l、hco3-為500 mg/l（均以caco3計(jì)）的條件下，極少量（3mg/l）的pesa對caco3的阻垢率可高達(dá)95%以上，當(dāng)pesa的濃度達(dá)到10 mg/l時(shí)，對caco3的阻垢率可達(dá)100%。pesa具有一定的緩蝕性能和較好的協(xié)同作用，與其它藥劑復(fù)配能形成性能較好的低磷、或無磷阻垢緩蝕劑，因而有著十分廣闊的應(yīng)用前景。2.2.8 臭氧的阻

22、垢性能19臭氧是通過氧或干燥空氣經(jīng)過臭氧發(fā)生器中的放電管而生成的氣體。添加臭氧時(shí)，首先將它溶解在水中，然后把溶有臭氧的水注入冷卻水中。在冷卻水中，臭氧對碳鋼和不銹鋼沒有任何不利影響，但臭氧對銅和銅合金有腐蝕性，但是只要加入極少量的銅緩蝕劑，就可抑制臭氧對銅的腐蝕。在1990年的第51屆國際水會議上，pryor在“臭氧冷卻水的特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性”的報(bào)告中介紹了美國全國水處理公司在三年時(shí)間內(nèi)用臭氧成功的處理了130多座冷卻塔，收到了人們的重視。pryor認(rèn)為，臭氧可以作為單一的水處理劑來代替其它冷卻水處里劑，它同時(shí)能阻垢、緩蝕和殺菌滅藻；能使冷卻水在高濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，從而節(jié)水又節(jié)能。同時(shí)臭氧作為水處理劑

23、不存在任何環(huán)境污染問題。開始用單一臭氧進(jìn)行冷卻水處理是在 1984年在美國佛羅里達(dá)州肯尼迪宇航中心（ksc）進(jìn)行的。試驗(yàn)共持續(xù)了14個(gè)月。試驗(yàn)選擇了該處的一個(gè)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)。冷卻塔的實(shí)際循環(huán)量約400m3/h,補(bǔ)充水為城市自來水，其水質(zhì)如下表中所示。 ksc空調(diào)冷卻水的補(bǔ)充水質(zhì)項(xiàng) 目平均值項(xiàng) 目平均值ph值7.8-8.4鈣離子濃度 （mg/l）60-90電導(dǎo)率（m/s）650-750總硬度（mg/l）100-130酚酞堿度(_mg/l)0-6氯化物（mg/l）180-220甲基橙堿度（mg/l）40-70試驗(yàn)的經(jīng)過及結(jié)果如下：試驗(yàn)開始后，停止加入除臭氧以外的一切水處理劑，用補(bǔ)充水置換原來的循環(huán)

24、水并通入臭氧。3周后，水中的細(xì)菌總數(shù)從2.11046107個(gè)/ml降低到（2.03.0）102個(gè)/ml.冷卻塔壁上的黏泥從綠色變?yōu)榛疑㈤_始松軟脫落。冷卻水的濁度于34周內(nèi)從3060jtu逐步下降到510jtu，水質(zhì)變清。塔池下積聚數(shù)英寸的松垢和黏泥。使用臭氧后，冷卻水系統(tǒng)逐步減少排污量，將濃縮倍數(shù)從4.0-5.0提高到6.5-7.0，在總硬度為650-850mg/l（caco3計(jì)），電導(dǎo)率達(dá)4000s/cm,langelier指數(shù)為2.0-2.5的情況下良好的運(yùn)行了14個(gè)月。在此期間測得碳鋼的腐蝕速率為0.075-0.125mm/a(3-5mpy)。14個(gè)月后，停車打開冷凝器檢查，發(fā)現(xiàn)管程幾

25、乎無結(jié)垢，未經(jīng)清洗的冷凝器中的舊垢也脫落了。水中的細(xì)菌總數(shù)一直在（2.0-3.0）102個(gè)/ml之間。這是一次非常成功的試驗(yàn)。它證明了單用一中臭氧，在高溫高濕的氣候條件下，既能殺菌，又能緩蝕阻垢，并使水質(zhì)變清。唯一的問題是在冷卻塔水池中會積聚水溝和軟泥，隔一段時(shí)間需用真空泵把它吸走。對這次試驗(yàn)進(jìn)行的評估結(jié)果是：采用傳統(tǒng)的化學(xué)處理，一年的操作和維修費(fèi)用為12045美元，而采用臭氧處理一年的費(fèi)用僅為3536美元。臭氧設(shè)備及安裝的一次性投資為16057美元。因此，進(jìn)入第三年臭氧系統(tǒng)的投資即可收回，并在經(jīng)濟(jì)上開始獲利。近年來，我國的水處理工作者也對臭氧作為循環(huán)冷卻水的單一水處理劑的性能和可行性，實(shí)驗(yàn)的

26、結(jié)果表明，臭氧除了顯著的殺生作用外，確實(shí)還存在一定程度的阻垢作用和緩蝕作用。第三章 水處理阻垢劑的阻垢機(jī)理要認(rèn)識阻垢機(jī)理，需要從兩個(gè)方面入手，一是垢的形成機(jī)理，即成垢機(jī)理；一是阻垢劑如何影響垢的形成，即阻垢機(jī)理。水垢是循環(huán)水中最容易形成、最常見、危害最大的結(jié)構(gòu)之一。水垢又稱無機(jī)鹽垢或硬垢，是由循環(huán)水中微溶性無機(jī)鹽沉積在換熱器表面上形成的。3.1成垢機(jī)理3.1.1 成垢過程：碳酸鈣垢是循環(huán)水中最常見的水垢之一，不做冷卻水處理的循環(huán)水會形成嚴(yán)重的碳酸鈣垢，水垢的形成過程可分為結(jié)晶、聚合和沉積。垢的結(jié)晶ca2+2hco3-caco3+co2+h2o隨著溫度的升高，循環(huán)水的不斷濃縮，co2不斷析出，反

27、應(yīng)向右進(jìn)行。生成的碳酸鈣就越多，同時(shí)碳酸鈣的溶解度隨著溫度的升高而降低，碳酸鈣達(dá)到飽和溶解度，當(dāng)達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)就會析出形成沉淀。循環(huán)水中的懸浮物、膠體及腐蝕產(chǎn)物等，它們會把碳酸鹽晶粒匯聚在一起，加速晶體的沉淀。經(jīng)過聚合凝聚長大的成垢物，在重力作用下沉淀在金屬的表面上。3.1.2阻垢效應(yīng)：阻垢劑的分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)或多種官能團(tuán)，在水體系中可表現(xiàn)出螯合、吸附和分散作用，能發(fā)揮出水處理劑的“一劑多能”的功能。即一種水處理劑同時(shí)具備阻垢、緩蝕、絮凝、殺菌、分散中兩種或兩種以上的性能，或體現(xiàn)出不同的效應(yīng)。低劑量效應(yīng)也稱“閾值效應(yīng)”或“亞化學(xué)劑量效應(yīng)”。即阻垢劑可將遠(yuǎn)高于按螯合反應(yīng)化學(xué)計(jì)量的金屬離子穩(wěn)定在

28、水中。即在循環(huán)水中加入少量的阻垢劑，也可達(dá)到阻垢作用。低劑量效應(yīng)是阻垢劑的主要特征之一。使阻垢劑具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。協(xié)同效應(yīng)：將多種阻垢劑按一定比例聯(lián)合使用，其阻垢效果均比使用其中任何一種阻垢劑的效果都好。協(xié)同效應(yīng)是大部分阻垢劑的特征之一。3.2 阻垢機(jī)理：阻垢機(jī)理的假設(shè)很多，但它們不能完全解釋阻垢劑一些現(xiàn)象和性質(zhì)，目前流行的機(jī)理有以下幾種：3.2.1螯合增溶作用：阻垢劑能和水中的ca2+、mg2+等金屬離子形成穩(wěn)定的可溶性螯合物，從而提高了冷卻水中ca2+、mg2+的允許濃度。相對來說就增大了鈣、鎂鹽的溶解度。但螯合增溶作用能穩(wěn)定的金屬離子量很小，它無法解釋低限效應(yīng)。3.2.2晶格畸變作用：

29、在微晶成長過程中，若晶體吸附有阻垢劑并摻雜在晶格的點(diǎn)陣中，就會使晶體發(fā)生畸變，或使晶體內(nèi)部的應(yīng)力變大，從而使晶體易于破裂阻礙了沉積垢的生長。3.2.3凝聚與隨后的分散作用：對于聚羧酸類阻垢劑，在水中離解生成含有羧酸根的離子，在于碳酸鈣微晶碰撞時(shí)，會發(fā)生物理化學(xué)吸附現(xiàn)象使微晶表面形成雙電解層。聚羧酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)可吸附多個(gè)相同電荷的微晶。它們之間的靜電斥力可阻止微晶的相互碰撞，從而避免了晶體的形成。在吸附產(chǎn)物又碰到其它羧酸鹽離子時(shí)，會把已吸附的晶體轉(zhuǎn)移過去，出現(xiàn)晶粒均勻分布的現(xiàn)象。從而阻礙晶粒之間、晶粒與金屬便面之間的碰撞，減少溶液中的晶核數(shù)，進(jìn)而將碳酸鈣穩(wěn)定在水中。3.2.4再生-自解膜假說：h

30、erbert等人發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸類阻垢劑能在金屬傳熱表面形成一種與無機(jī)晶體顆粒共同沉淀的膜。當(dāng)這種膜增加到一定厚度時(shí)，會在金屬表面上破落并脫落 。由于這種膜的再生和脫落，會使垢層生長受到抑制。第四章 影響阻垢劑阻垢性能的因素阻垢劑的阻垢性能除了自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)外，還受到其所處的外界環(huán)境的影響。這些營養(yǎng)因素有：阻垢劑濃度、循環(huán)水的溫度、濁度、鐵離子濃度、堿度和鈣硬度以及殺菌劑。4.1 濃度對阻垢劑性能的影響阻垢分散劑的分類：對取自35個(gè)國內(nèi)外阻垢劑樣品，進(jìn)行理化指標(biāo)分析，歸結(jié)為9種類型。具體如下表4-1所示。第1類至第3類為共聚物型阻垢劑，第4類至第9類為復(fù)合型阻垢劑。進(jìn)一步比較可以看出：第4類至第6

31、類為單元高分子聚合物，第7類至第9類多含多元高分子共聚物【20】。表4-1 各類樣品的主要成分藥品類型 主要成分1 丙烯酸/多環(huán)芳烴磺酸鹽2 丙烯酸/烯丙烯羥丙磺酸醚3 丙烯酸/甲基丙烯酸羥丙酯4 聚丙烯酸/hedp/zn2+5 聚丙烯酸/pbtc/zn2+6 聚丙烯酸/聚氧乙烯醚磷酸酯/zn2+7 丙烯酸和馬來酸酐共聚物/pbtc/zn2+8 丙烯酸和amps共聚物/hedp/pbtc/zn2+9 丙烯酸和羥丙苯磺酸醚共聚物/pbtc/po43-/zn2+藥劑濃度是影響阻垢劑阻垢性能的主要因素之一。是藥劑在各自推薦范圍內(nèi)的阻垢效果。表4-2說明：9種不同藥劑在3個(gè)濃度下對碳酸鈣均有阻垢效果。

32、在相同濃度下，復(fù)合劑阻垢效率大于單劑的阻垢效率。主要是復(fù)合劑中的其它成分與聚合物之間存在協(xié)同作用。一般條件下，hedp與聚合物之間協(xié)同效果明顯。對聚合物單劑，含羥磺基團(tuán)的單劑的阻垢效果由于其它單劑的組夠效果。主要是因?yàn)榫酆衔镏辛u磺基團(tuán)是強(qiáng)極性基團(tuán)，有較強(qiáng)的阻垢作用。但對阻磷酸鈣的情況與碳酸鈣的情況完全不同。1、4和7類幾乎沒有阻磷酸鈣的作用，其它六類阻磷酸鈣垢的效果較差，隨著濃度的提高，阻垢效果明顯增加，如第2、3、8和9類。這種現(xiàn)象說明阻碳酸鈣的機(jī)理與阻磷酸鈣的機(jī)理是不相同的。王京等21人認(rèn)為，阻垢劑阻碳酸鈣垢的主要是增溶和致畸，使碳酸鈣不至于結(jié)晶和晶體增大。而阻磷酸鈣垢的機(jī)理不同，由于磷酸

33、鈣溶度積極小，極易形成晶體。阻垢劑對磷酸鈣垢的增溶作用微不足道，只有那些能夠分散已經(jīng)形成晶體的磷酸鈣垢的阻垢劑，才能顯示阻止磷酸鈣形成水垢的作用。因此，對磷酸鈣能夠起作用主要靠阻垢劑的分散能力。在一般條件下，羥基、磺酸基有較好的分散作用，因而阻磷酸鈣垢的效果較好。表4-2 不同類型的阻垢劑在不同濃度下的阻垢率%不同濃度時(shí)的阻垢率藥劑類型 30（10） 30（10） 30（10） 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣1 16.2 0 16.8 1.2 32.6 6.02 51.3 6.5 55.1 90.7 69.4 93.83 19.8 7.7 39.2 100 41/2 97.94

34、 76.4 2.1 78.2 4.4 79.9 7.25 82.3 4.9 85.7 9.1 87.6 29.66 83.1 39.3 85.9 38.6 86 39.37 83.6 3.4 83.7 3.3 87.1 4.58 87.6 27.4 93.3 93.2 94.1 95.89 77.8 49.7 83.0 63.8 83.5 91.14.2 濁度對阻垢劑分散效果的影響待添加的隱藏文字內(nèi)容1表4-3是9類阻垢劑對阻碳酸鈣垢和磷酸鈣垢的影響效果。表4-3說明，濁度對3、4、7類阻垢劑阻碳酸鈣垢效果基本無影響，對5、6、8、9類阻垢劑阻碳酸鈣垢有負(fù)面影響，且隨著濁度的增加，這些藥劑阻碳

35、酸鈣垢的效果下降。但對第1、2類阻垢劑有增效的作用，隨著濁度的升高阻碳酸鈣垢的效果有所增加。比較這些差異可以看出，單劑的阻垢劑受濁度的影響較小，多數(shù)復(fù)合劑的阻垢劑受濁度的影響較大；濁度對阻磷酸鈣垢的影響比對阻碳酸鈣垢的影響要大。在使用阻垢劑是要注意將循環(huán)水的濁度控制在10nju以內(nèi)。這個(gè)現(xiàn)象說明藥劑的阻碳酸鈣機(jī)理主要是增溶和致畸，阻磷酸鈣的機(jī)理主要是分散作用。 表4-3 不同濁度下阻垢劑的分散效果 不同濁度下的阻垢劑的阻垢率%藥劑類型 0 nju 1 0nju 30 nju 50 nju 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 1 16.8 1.2 17.8 0.0 2

36、2.9 0.0 39.1 0.02 55.1 90.7 58.1 86.8 57.7 64.4 66.3 52.73 39.0 100.0 33.3 90.4 33.5 76.1 33.6 66.5 4 78.2 66.4 76.2 4.7 76.0 9.0 75.9 6.75 85.7 9.1 82.4 9.0 72.4 8.0 69.9 9.16 85.9 38.6 80.3 38.0 76.9 39 7 4.8 29.37 83.7 3.3 83.1 0.0 82.3 0.0 81.5 0.08 93.3 93.2 85.9 90.0 81.7 87.1 72.6 78.3 9 83.0

37、 63.8 79.4 63.0 72.0 57.3 68.6 57.04.3鐵離子對阻垢分散效果的影響循環(huán)水中常因金屬腐蝕使鐵離子濃度增加，特別是使用強(qiáng)腐蝕性水質(zhì)的循環(huán)水系統(tǒng)和有泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)鐵離子濃度高達(dá)5mg/l。鐵離子對不同類型的阻垢劑阻垢效果影響如表4-4所示。表4-4所示表明：鐵離子除對第4、9類阻垢劑阻垢效果影響較小外，對其它七類阻垢劑阻碳酸鈣垢影響較大。且隨著鐵離子濃度的增加，阻碳酸鈣垢的效果大幅下降。鐵離子對所有9類阻垢劑阻磷酸鈣垢效果影響巨大，隨著鐵離子濃度的增加，阻磷酸鈣垢的效果大幅度下降。這些結(jié)果說明，鐵離子對阻垢劑的阻垢分散效果是一種十分有害的離子，在實(shí)際生產(chǎn)

38、中應(yīng)控制在1.0 mg/l以下。 表4-4 不同鐵離子濃度下阻垢劑的分散效果 不同鐵離子濃度下阻垢劑的阻垢率%藥劑類型 0 mg/l 1 mg/l 3 mg/l 5 mg/l 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 1 16.8 1.2 16.3 0.0 2.4 0.0 3.0 0.02 55.1 90.7 31.5 0.0 21.0 0.0 8.0 0.03 39.0 100.0 34.5 93.2 25.6 92.6 24.1 4.04 78.2 4.4 78.0 4.7 78.7 5.9 75.6 6.15 85.7 9.1 76.4 5.9 69.3 4.0 6

39、7.8 5.06 85.9 38.6 76.3 38.0 44.6 32.5 37.7 23.17 83.7 3.3 71.6 3.6 67.0 4.1 65.3 0.08 93.3 93.2 91.8 87.7 89.5 87.4 87.6 66.8 9 83.0 63.8 77.0 63.0 68.7 59.9 51.7 49.8 4.4 鈣硬度和堿度對水處理阻垢劑的影響人們在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，鈣硬度和堿度對阻垢劑分散效果影響巨大。表4-5是不同鈣硬度和堿度對阻垢分散效果的影響。表4-5清楚地表明，水中的鈣硬度和堿度對各類藥劑阻碳酸鈣垢影響很大。隨著鈣硬度和堿度的增加，阻垢劑的阻垢效率下降，但影

40、響程度是不同的。對前四類藥劑的影響效果較大，說明前四類藥劑不適宜在高硬度和高堿度的水質(zhì)中運(yùn)行。對后四類阻垢劑阻碳酸鈣效果影響較小，說明后四類阻垢劑可以在高硬度和高堿度水中使用。 表4-5 鈣硬度和堿度對不同類型阻垢劑的分散效果的影響 不同鈣硬度和堿度下的阻垢率%藥劑類型 a水 b水 c水 d水 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 碳酸鈣 磷酸鈣 1 100 0 18.4 0.0 14.2 0.0 16.8 /2 100 49.6 95.2 7.9 67.7 0.0 55.1 /3 98.0 89.2 66.0 40.9 36.3 0.0 39.0 /4 93.7 83.3 91.7

41、 16.5 89.2 3.3 78.2 /5 98.8 79.5 95.2 51.5 91.4 33.4 85.9 /6 98.0 79.5 95.2 51.5 91.4 33.4 85.9 /7 98.7 0 87.5 0 80.9 0 83.7 /8 97.7 100 97.2 90.5 90.1 84.4 93.3 / 9 97.5 100 97.9 84.2 90.4 73.9 83 / 說明：a類水的硬度和堿度分別為100 mg/l 和135 mg/l ，b類水的硬度和堿度分別為150 mg/l 和203 mg/l ，c類水的硬度和堿度分別為200 mg/l 和270 mg/l ，d

42、類水的硬度和堿度分別為250 mg/l 和250mg/l .與阻碳酸鈣垢相比，鈣硬度和堿度對阻垢劑的阻磷酸鈣垢影響效果更大。如果除去對第8、9兩類阻垢劑影響較小外，對其它七類藥劑，當(dāng)鈣硬度和堿度增加一倍，這些藥劑幾乎完全失去阻磷酸鈣垢的作用。4.5殺菌劑對阻垢劑阻垢分散效果的影響殺菌劑對阻碳酸鈣垢和磷酸鈣垢影響見下表4-6。殺菌劑1對3、5、9三類阻垢劑的阻碳酸鈣垢效果有明顯的負(fù)面影響，對其它藥劑影響較??；對2、3兩類阻磷酸鈣垢有明顯得負(fù)面影響，但對其它七類藥劑有增效作用。隨著殺菌劑1的加入，阻磷酸鈣效果增加。殺菌劑2對2、4、5、8、9五類藥劑阻碳酸鈣垢有負(fù)面作用，對其它四類藥劑均阻碳酸鈣均

43、有增效作用。對第一類藥劑有阻磷酸鈣有增效作用，但對其它8類藥劑均有很大的負(fù)面作用。隨著殺菌劑2的加入，藥劑的阻垢分散作用明顯下降。殺菌劑3除對第6類藥劑阻碳酸鈣無影響外，對其它八類藥劑阻碳酸鈣均有不同程度的影響，對藥劑阻硫酸鈣垢效果不同除對第1、2類藥劑阻磷酸鈣稍有負(fù)面影響外，對其它七類藥劑阻磷酸鈣均有較大的增效作用。殺菌劑4除對第1、9類阻碳酸鈣垢有負(fù)面影響外，對其它七類阻碳酸垢影響較??；除對第3、9類藥劑阻磷酸鈣垢有負(fù)面影響外，對其它七類藥劑阻磷酸鈣垢均有較大的增效作用?？傊煌愋偷臍⒕鷦Σ煌韫竸┯绊懯遣煌?。但從總體上看，殺菌劑對阻磷酸鈣的影響大于阻碳酸鈣。 表4-6 殺菌劑對不

44、同阻垢劑的分散效果的影響 不同殺菌劑下的阻垢率%種類 不加殺菌劑 殺菌劑1 殺菌劑2 殺菌劑3 殺菌劑4 碳酸鈣磷酸鈣 碳酸鈣磷酸鈣 碳酸鈣磷酸鈣 碳酸鈣磷酸鈣 碳酸鈣磷酸鈣 1 16.8 1.2 15.9 2.8 16.9 1.9 9.9 2.7 13.5 2.52 55.1 90.7 54.5 69.8 34.4 0.7 46.8 83.9 55.6 89.63 39.0 100.0 34.9 93.6 44.1 0.9 36.6 98.0 37.1 96.04 78.2 4.4 75.4 39.5 71.6 3.2 64.7 53.3 80.8 42.95 85.7 9.1 77.0 2

45、5.9 83.8 4.6 80.3 42.9 81.3 24.76 85.9 38.6 90.5 39.5 89.3 3.2 89.9 52.9 82.3 56.57 83.7 3.3 83.9 5.6 86.3 2.5 65.9 4.3 82.0 48.68 93.3 93.2 90.1 100.0 88.8 2.5 74.1 100.0 95.2 98.89 83.0 63.8 60.2 73.4 78.3 4.1 76.6 79.2 69.7 55.2 說明：殺菌劑1主要成分是異噻唑啉酮，殺菌劑2主要成分是聚季銨鹽，殺菌劑3主要成分是次氯酸鹽，殺菌劑4主要成分是二硫氰基甲烷。第五章 水處理阻垢劑在國內(nèi)外今后的發(fā)展方向水資源緊缺是當(dāng)今世界各國所面臨的共同難題。當(dāng)今世界各國都高度重視水資源的污染和節(jié)約用水。目前，國外水處理阻垢劑正朝著環(huán)境友好型方向發(fā)展，并且考慮到經(jīng)濟(jì)效益，采取復(fù)配方式達(dá)到環(huán)保經(jīng)濟(jì)的目的。國內(nèi)阻垢劑的開發(fā)與國外有很大差距，根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，綠色化將是發(fā)展方向。因此，今后的研發(fā)工作應(yīng)圍繞著性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)